4.3. ПРОСТЕЙШИЕ ОПЫТЫ С НЕПОДВИЖНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЗАРЯДАМИ (ЭЛЕКТРОСТАТИКА)

Уже на протяжении нескольких столетий известно, что существуют заряды положительные и отрицательные.

Еще в древней Греции умели получать электрические заряды, натирая смолу шерстью, на смоле получали отрицательный заряд, заряд противоположного знака получался на шерсти. Очень сильно электризуется ископаемая смола — янтарь. От греческого наименования янтаря (электрон) произошло и современное слово «электричество».

Если натереть стекло кожей или шелком, на стекле появится положительный заряд. В свое время так и говорили: смоляное электричество и противоположное ему — стеклянное.

Разноименные заряды притягиваются, одноименные отталкиваются. В этом легко убедиться на опыте, подвешивая, например, на шелковых нитях легкие пробковые шарики и сообщая им электрические заряды посредством прикосновения к ним натертым стеклом или смолой (рис. 4-3).

Стремление одноименных зарядов оттолкнуться один от другого приводит к тому, что заряды, сообщенные проводящему телу, всегда располагаются на их поверхности.

Шарики, подвешенные на сухих шелковых нитях, могут очень долго удерживать заряд, если они окружены сухим воздухом, — это показывает на то, что и шелк, и воздух — хорошие изоляторы.

Рис. 4.3. Легкие шарики, подвешенные на шелковых нитях, отталкиваются, если они заряжены одинаковым электричеством (« + » и «+» или «-» и «-»). Шарики взаимно притягиваются, если они заряжены различно («+» и «-»)

Но зажгите спичку и проведите ею под шариками, отталкивающимися один от другого (или притягивающимися один к другому), — шарики свободно повиснут на нитях. Пламя ионизировало воздух, и заряды стекли с шариков. То же самое произойдет, если осветить пространство между шариками электрической дугой или кварцевой лампой.

Из опытов, подобных изображенным на рис. 4.3, можно сделать важное заключение:

сила взаимного отталкивания или притяжения между зарядами возрастает с увеличением зарядов (при удвоении одного заряда сила удваивается, при удвоении каждого из зарядов сила возрастает в 4 раза);

эта сила убывает с увеличением расстояния (если расстояние между зарядами увеличить вдвое, то сила уменьшится в 4 раза).

Сказанное носит название закона Кулона. Действие положительного заряда может быть уравновешено действием заряда отрицательного (рис. 4.4), поэтому когда в одном теле заключены отрицательные и положительные заряды, их общее действие сводится к нулю.

Рис. 4.4. Действие положительного и отрицательного зарядов уравновешивается (нейтрализуется). Последовательность опытов такая: а и б — к заряженному шарику, подвешенному на нити, по очереди подносятся положительно и отрицательно заряженные шары, укрепленные на стеклянных трубках (трубки должны быть совершенно чистыми и сухими, шары имеют тонкую металлическую оболочку); заряды больших шаров подбираются такими, чтобы при одинаковом расстоянии между большим шаром и маленьким нить отклонялась на одинаковый угол; в — оба заряженных шара приближаются к маленькому пробному шарику — теперь он почти не отклоняется (он немного притягивается к большим шарам, так как он ближе к отрицательно заряженному); г — когда большие шары приведены в соприкосновение, они перестают оказывать действие на маленький шарик.

Разъясним еще одно интересное явление: натертый янтарь или другое электризованное тело притягивает легкие тела — кусочки бумаги, соломинки и т.п. Это объясняется тем же притяжением разноименных зарядов и отталкиванием одноименных. В клочке бумаги происходит смещение зарядов: положительные заряды стремятся приблизиться к отрицательному заряду заряженного тела, а отрицательные заряды стремятся отодвинуться от него. Но положительные заряды испытывают большую силу, так как они ближе расположены к отрицательным зарядам большого тела (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Легкий кусочек папиросной бумаги притягивается к отрицательно заряженному сургучу. Заряды в бумаге сместились: положительные - в одну сторону, отрицательные — в другую

Притяжение заряженных частиц к другим заряженным телам находит практическое применение в очистке газов от пыли и дыма. Помещая тонкие изолированные друг от друга проволоки в пространство, заполненное дымом, легко наблюдать его исчезновение, после того как к проволокам приложено высокое напряжение.